JP7786191B2 - 電動車両 - Google Patents

電動車両

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Description

ここに開示された技術は、電動車両に関する技術分野に属する。
駆動モータへ電力が供給されて車両を駆動させる電動車両には、例えば、特許文献１のように、車幅方向に、駆動モータ、減速機、エンジン本体及び発電機の順に一体的に配置し、これらの上方全体にわたって、インバータ及びコンバータを含む電力変換ユニットが配置される構造が知られている。
特開２０２０－１３８７１８号公報
電力変換ユニットをこのように配置した場合、エンジン本体の上方に、吸気系部品、燃焼系部品、冷却系部品、バッテリ等のエンジン関連部品を配置することが困難となる。
ここに開示された技術は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パワーユニット、電力変換ユニット及びエンジン関連部品をコンパクトに配置することにある。
前記課題を解決するために、ここに開示された技術では、電力を利用して車両を駆動する駆動モータと、該駆動モータからの動力を減速して出力する減速機と、該駆動モータへ供給する電力を発生させる発電機及び該発電機を駆動するエンジン本体を備え、該減速機の出力を駆動輪に伝達するように構成された電動車両を対象として、パワーユニットルームの車幅方向に、前記駆動モータ、前記減速機、前記発電機及び前記エンジン本体が、この順で、かつ、高さが略等しくなるように一体的に配置され、前記駆動モータ、前記減速機及び前記発電機の上方に、モータ用インバータ、発電用インバータ及びＤＣＤＣコンバータが一体的となった電力変換ユニットが配置され、前記エンジン本体の上方に、エンジン関連部品が配置される、という構成とした。
この構成によると、駆動モータ、減速機、発電機及びエンジン本体を含むパワーユニットの上方に、電力変換ユニットとエンジン関連部品を車幅方向に分けて配置することができるので、パワーユニット、電力変換ユニット及びエンジン関連部品をコンパクトに配置することが可能となる。
一実施形態では、エンジン本体は、ロータリエンジンである。
この構成によると、ロータリエンジンは上下方向にコンパクトな構造を有するので、駆動モータ、減速機及び発電機と、エンジン本体との高さを略等しくすることが可能となり、これらをよりコンパクトに配置することが可能となる。
一実施形態では、前記エンジン本体の回転軸、前記発電機のジェネレータシャフトおよび前記駆動モータのモータシャフトが、車幅方向に延びて同一直線上に配置される。
この構成によると、エンジン本体としてロータリエンジンを用いれば、ロータリエンジンは回転軸より上方がコンパクトであるので、その回転軸をモータシャフト及びジェネレータシャフトと同一直線上に合わせることが容易であり、エンジン本体と駆動モータ、減速機及び発電機と、の高さを合わせることがより容易となる。
一実施形態では、前記エンジン本体は、前方吸気型、かつ、前方排気型であり、前記エンジン関連部品は、前記エンジン本体の前方に配置される吸気関連部品と、前記エンジン本体の真上に配置される燃料及びオイル関連部品と、前記エンジン本体の後方に配置されるバッテリを含む。
この構成によると、エンジン関連部品を、エンジン本体の上方において前後方向に適正配置することが可能となる。
一実施形態では、前記エンジン関連部品は、前記エンジン本体よりも車幅方向外側へはみ出すように配置され、排気関連部品が、前記エンジン本体の側方、かつ、前記エンジン関連部品の下方を通り、前記エンジン本体の後方へ取り廻される。
この構成によると、エンジン関連部品が車幅方向外側へはみ出した部分の下方に空間が形成され、その空間を利用して排気関連部品を配置することができるので、排気関連部品も含めて、エンジン関連部品をコンパクトに配置することが可能となる。
以上説明したように、ここに開示された技術によると、パワーユニット、電力変換ユニット及びエンジン関連部品をコンパクトに配置することができる。
例示的な実施形態に係る電動車両の駆動系を示すブロック図である。 パワーユニットルームを示す平面図である。 パワーユニットルームを左前方から見た斜視図である。 パワーユニットの正面図である。 図２のV-V線相当の平面で切断した端面図である。 図２のVI-VI線相当の平面で切断した端面図である。
以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明では、車両前後方向を単に「前後方向」といい、車両前側を単に「前側」といい、車両後側を単に「後側」というものとする。また、車幅方向は車両の左右方向であり、車両左側を単に「左側」といい、車両右側を単に「右側」というものとする。なお、左右方向は、後側から前側を見たときの左側を左といい、右側を右という。
図１は、例示的な実施形態に係る電動車両の駆動系を示すブロック図である。図２は、パワーユニットを概略的に示す平面図である。図１及び図２は、車両１の駆動系を概略的に示しているだけであり、各構成要素の配置は、該各構成要素の実際の配置を限定するものではない。
車両１は、シリーズハイブリッド自動車である。車両１は、電力を利用して車両１を駆動するための電気駆動ユニット１０と発電用のエンジン本体８とからなるパワーユニットＰを備える。電気駆動ユニット１０は、電力を利用して車両を駆動する駆動モータ５と、駆動モータ５からの動力を減速して出力する減速機６と、駆動モータ５へ供給する電力を発生させる発電機７とを有する。
エンジンは、エンジン本体８と、エンジン関連部品とを有する。エンジン本体８は、主に発電機７を駆動させて発電するために利用され、車両１を走行させるための動力は駆動モータ５により生成される。駆動モータ５により生成された動力は、減速機６により変速された後、デファレンシャル装置９１を介して、駆動輪９２（ここでは前輪）に伝達される。
車両１は、高圧バッテリＢ１と低圧バッテリＢ２とを備える。高圧バッテリＢ１は、発電機７により発電された電気によって充電される。発電機７と高圧バッテリＢ１との間には、発電用インバータ１０２が設けられている。発電用インバータ１０２は、発電機７及び高圧バッテリＢ１に電気的に接続されている。発電機７からの発電電気は、発電用インバータ１０２を介して高圧バッテリＢ１に供給される。駆動モータ５と高圧バッテリＢ１との間には、モータ用インバータ１０１が設けられている。モータ用インバータ１０１は、駆動モータ５及び高圧バッテリＢ１に電気的に接続されている。モータ用インバータ１０１は、高圧バッテリＢ１からの電気を、駆動モータ５を駆動するための電力に変換して、駆動モータ５に出力する。高圧バッテリＢ１と低圧バッテリＢ２との間には、ＤＣＤＣコンバータ１０３が設けられている。ＤＣＤＣコンバータ１０３は、高圧バッテリＢ１と低圧バッテリＢ２とに電気的に接続されている。高圧バッテリＢ１からの電気は、ＤＣＤＣコンバータ１０３を介して低圧バッテリＢ２に供給される。発電機７からの発電電気は、発電用インバータ１０２及びＤＣＤＣコンバータ１０３を介して低圧バッテリＢ２に供給される。モータ用インバータ１０１、発電用インバータ１０２、及びＤＣＤＣコンバータ１０３は、一体となって電力変換ユニット１００を構成する。
図３は、パワーユニットルーム２を左前方から見た斜視図である。図２及び図３に示すように、車両１は前部において、少なくとも前後方向に延び、車幅方向両側に配置される左右１対のボデーサイドフレーム３１を備え、ボデーサイドフレーム３１の下部には、それぞれ前後方向に延びるサイドメンバ３４ａを有するサブフレーム３４が締結されている。
パワーユニットＰは、ボデーサイドフレーム３１及びサブフレーム３４によって形成されたパワーユニットルーム２内に配設される。パワーユニットＰは、ボデーサイドフレーム３１に設けられた支持部材３８を介して、左右のボデーサイドフレーム３１,３１の間に支持されている。
駆動モータ５、減速機６及び発電機７を収容する駆動ユニットハウジング９の上方には、モータ用インバータ１０１、発電用インバータ１０２、及びＤＣＤＣコンバータ１０３が一体となった電力変換ユニット１００が配設されている。エンジン本体８の上方には、エアクリーナ１０６、オイルフィルタ１０７ａ、オイルクーラ１０７ｂ、低圧バッテリＢ２等のエンジン関連部品が配置されている。
図４は、パワーユニットＰの正面図である。駆動モータ５、減速機６及び発電機７は、駆動ユニットハウジング９内に収容されている。駆動ユニットハウジング９は、第１ハウジング１１、第２ハウジング１２、第３ハウジング１３及び第４ハウジング１４が、車幅方向に連結されて一体的に形成されている。詳細には、車幅方向に延びる略円筒形状の第２ハウジング１２及び第３ハウジング１３が連結され、その左右両側の開口を、第１ハウジング１１と第４ハウジング１４とが塞ぐようにして駆動ユニットハウジング９が構成されている。第３ハウジング１３の上部には、前寄りにアクチュエータ１０５が配置されている。また、エンジン本体８が収容されるエンジンケース１５は、駆動ユニットハウジング９と一体的に構成されている。
第１ハウジング１１、第２ハウジング１２、第３ハウジング１３、第４ハウジング１４及びエンジンケース１５は、略同じ径の円筒形状の周壁部が連続するように連結されて、一体的に構成されている。第１ハウジング１１、第２ハウジング１２、第３ハウジング１３、第４ハウジング１４及びエンジンケース１５は、特に、上端部において、周壁部が略面一状となるよう連続している。これにより、駆動モータ５、減速機６、発電機７及びエンジン本体８は、パワーユニットルーム２の車幅方向に、この順で、かつ、高さが略等しくなるように一体的に配置されている。
図５は、図２のV-V線相当の平面で切断した端面を概略的に示す図であり、図６は、図２のVI-VI線相当の平面で切断した端面を概略的に示す図である。なお、図５及び図６では、駆動モータ５、減速機６、発電機７及びエンジン本体８の構造を省略又は簡略化している。
第１ハウジング１１は、駆動ユニットハウジング９のうち車幅方向の最も外側に位置し、ボデーサイドフレーム３１及びサブフレーム３４に面している。パワーユニットＰは、第１ハウジング１１の上部において、右側端部が支持部材３８に支持されている。第１ハウジング１１には、第１軸受部２１ａが設けられている。第１軸受部２１ａは、モータシャフト２０の一方側の先端部２０ａを回転可能に支持する。
第２ハウジング１２は、第１ハウジング１１の左側に連結されている。第２ハウジング１２は、区画壁１２ａによって円筒形状の内部が車幅方向に区画されている。区画壁１２ａの略中央部には、車幅方向にモータシャフト２０を貫通させる貫通孔１２ｂが設けられている。区画壁１２ａの右側は、第１ハウジング１１及び第２ハウジング１２によって形成される駆動モータ収容部５ａに駆動モータ５が配置されている。区画壁１２ａの左側は、第２ハウジング１２及び第３ハウジング１３によって形成される減速機収容部６ａに減速機６が配置されている。また、区画壁１２ａには、モータシャフト２０の後方において、第５軸受部６２ａが設けられている。第５軸受部６２ａは、減速機６の中間軸６２の一方側端部を回転可能に支持する。
第３ハウジング１３は、第２ハウジング１２の左側に連結されている。第３ハウジング１３は、右側端部において減速機収容部６ａと発電機収容部７ａとを車幅方向に区画する区画壁１３ａを有する。区画壁１３ａの略中央部には、車幅方向にモータシャフト２０を貫通させる貫通孔１３ｂが設けられている。貫通孔１３ｂの周縁部にはボスが形成されており、該ボスが区画壁１３ａから左右両側へ突出している。貫通孔１３ｂの減速機収容部６ａ側の端部には、第２軸受部２１ｂが設けられている。第２軸受部２１ｂは、モータシャフト２０を回転可能に支持する。貫通孔１３ｂの発電機収容部７ａ側の端部には、第３軸受部５１ａが設けられている。第３軸受部５１ａは、ジェネレータシャフト５０の一方側端部を回転可能に支持する。また、区画壁１３ａには、モータシャフト２０の後方において、第６軸受部６２ｂが設けられている。第６軸受部６２ｂは、減速機６の中間軸６２の他方側端部を回転可能に支持する。
第４ハウジング１４は、区画壁１３ａの左側において第３ハウジング１３と連結されている。区画壁１３ａの左側において、第３ハウジング１３と第４ハウジング１４によって形成される発電機収容部７ａには、発電機７が収容されている。第４ハウジング１４には、第４軸受部５１ｂが設けられている。第４軸受部５１ｂは、ジェネレータシャフト５０の他方側端部を回転可能に支持する。第４ハウジング１４は、左側に隣接するエンジンケース１５と一体的に構成されている。
エンジンケース１５は、駆動ユニットハウジング９の左側に連結されている。エンジンケース１５の左側端部は、ボデーサイドフレーム３１及びサブフレーム３４から離間している。パワーユニットＰは、エンジンケース１５の上部において、左側端部が支持部材３８に支持されている。エンジンケース１５の上端部は、駆動ユニットハウジング９の上端部と略同じ高さである。
このような駆動ユニットハウジング９及びエンジンケース１５内において、エンジン本体８の回転軸８０、発電機７のジェネレータシャフト５０および駆動モータ５のモータシャフト２０は、車幅方向に延びて同一直線上に配置されている。
駆動モータ５は、ロータ及びステータ（図示省略）と、モータシャフト２０を備えている。ステータに三相交流電流が供給されることによって回転磁界が発生し、その回転磁界によってロータ及びモータシャフト２０が回転する。
モータシャフト２０は、一方側の先端部２０ａが、第１軸受部２１ａに回転可能に支持され、第１ハウジング１１から、駆動モータ収容部５ａを通り、第２ハウジング１２の区画壁１２ａを貫通して、減速機収容部６ａへ侵入している。
モータシャフト２０の他方側の先端部２０ｂは、減速機収容部６ａから貫通孔１３ｂを通って区画壁１３ａを貫通している。また、モータシャフト２０の他方側の先端部２０ｂは、減速機収容部６ａから発電機収容部７ａへ達するように形成されている。
なお、モータシャフト２０は、減速機収容部６ａにおいて、減速機６の入力軸６１が一体的に形成されている。入力軸６１は、駆動モータ５の回転力が入力される。減速機６は、モータシャフト２０の後方において、中間軸６２がモータシャフト２０と略平行に配置されている。入力軸６１と中間軸６２との間には図示しないギアが配設されている。中間軸６２は、ギアによって減速された動力を出力軸（不図示）へ伝える。
発電機７は、ロータ及びステータ（図示省略）と、ジェネレータシャフト５０を備えている。ジェネレータシャフト５０及びロータがエンジン本体８の動力によって回転すると、電磁誘導により、ステータにおいて発電する。
ジェネレータシャフト５０は、モータシャフト２０の他方側の先端部２０ｂよりも発電機７側に配置されている。ジェネレータシャフト５０は、一方側の端部が第３ハウジング１３に設けられた第３軸受部５１ａに支持され、他方側の端部が第４ハウジング１４に設けられた第４軸受部５１ｂに支持されている。モータシャフト２０とジェネレータシャフト５０は、車幅方向に間隔をあけて一直線上に並んで配置されている。
ジェネレータシャフト５０の左側には、エンジン本体８の回転軸８０が配置されている。ジェネレータシャフト５０とエンジン本体８の回転軸８０は、車幅方向に間隔をあけて一直線上に並んで配置されている。
エンジン本体８は、発電機７の左側に隣接して配置される。エンジン本体８は、ロータリエンジンであることが好ましい。ロータリエンジンは、レシプロエンジンと比較して上下方向にコンパクトな構造を有するので、駆動モータ５、減速機６及び発電機７と、エンジン本体８との高さを略等しくすることが容易となり、これらをコンパクトに配置することが可能となる。
エンジン本体８の上方には、エンジン関連部品が配置されている。エンジン関連部品は、エンジン本体８の前方に配置される吸気関連部品と、エンジン本体８の真上に配置される燃料及びオイル関連部品と、エンジン本体８の後方に配置される低圧バッテリＢ２を含む。吸気関連部品とは、例えば、エアクリーナ１０６や吸気ダクト１０６ａ等である。燃料及びオイル関連部品とは、例えば、オイルフィルタ１０７ａやオイルクーラ１０７ｂ等である。
また、エンジン本体８は、前側に吸気関連部品及び排気関連部品が設けられている。吸気関連部品とは、例えば、エアクリーナ１０６や吸気ダクト１０６ａ等である。排気関連部品とは、例えば、排気マニホールドや排気マニホールド（不図示）に続く排気管１０８等である。すなわち、エンジン本体８は前方吸気型、かつ、前方排気型である。
図２及び図６に示すように、エンジン関連部品である低圧バッテリＢ２及びエアクリーナ１０６は、エンジン本体８よりも車幅方向外側へはみ出すように配置されている。具体的には、低圧バッテリＢ２は、左側の支持部材３８の上方に重なるように配置されている。エアクリーナ１０６は、低圧バッテリＢ２の前方において、左側のボデーサイドフレーム３１の上方から左側へはみ出すように配置されている。そのため、エンジン本体８の側方、かつ、低圧バッテリＢ２及びエアクリーナ１０６の下方には、空間が形成されている。その空間を利用して、排気管１０８等の排気関連部品は、エンジン本体８の前方から、エンジン本体８の側方、かつ、低圧バッテリＢ２及びエアクリーナ１０６の下方を通り、エンジン本体８の後方へ取り廻されている。
以上説明したように、本実施形態によれば、パワーユニットルーム２の車幅方向に、駆動モータ５、減速機６、発電機７及びエンジン本体８が、この順で、かつ、高さが略等しくなるように一体的に配置されている。そして、駆動モータ５、減速機６及び発電機７が収容された駆動ユニットハウジング９の上方に、モータ用インバータ１０１、発電用インバータ１０２及びＤＣＤＣコンバータ１０３が一体的となった電力変換ユニット１００が配置されている。そして、エンジン本体８の上方には、エアクリーナ１０６、吸気ダクト１０６ａ、オイルフィルタ１０７ａ、オイルクーラ１０７ｂ、低圧バッテリＢ２等のエンジン関連部品が配置されている。このように、駆動ユニットハウジング９の上方とエンジン本体８の上方とで、電力変換ユニット１００とエンジン関連部品を分けて配置させることができるので、パワーユニットＰ、電力変換ユニット１００及びエンジン関連部品をコンパクトに配置することが可能となる。
また、エンジン本体８をロータリエンジンとし、その回転軸８０、ジェネレータシャフト５０のモータシャフト２０を、車幅方向に延びて同一直線上に配置することで、駆動モータ５、減速機６、発電機７及びエンジン本体８の高さを合わせ、よりコンパクトな構成とすることができる。
また、エンジン本体８を、前方吸気型、かつ、前方排気型とし、エンジン本体８の前方にエアクリーナ１０６、吸気ダクト１０６ａ等の吸気関連部品、エンジン本体８の真上にオイルフィルタ１０７ａ、オイルクーラ１０７ｂ等の燃料及びオイル関連部品、エンジン本体８の後方に低圧バッテリＢ２を配置すれば、エンジン関連部品を、エンジン本体８の上方において前後方向に適正配置することが可能となる。
また、低圧バッテリＢ２、エアクリーナ１０６及び吸気ダクト１０６ａは、エンジン本体８よりも車幅方向外側へはみ出すように配置されている。そのため、排気管１０８等の排気関連部品が、エンジン本体８の側方、かつ、低圧バッテリＢ２、エアクリーナ１０６及び吸気ダクト１０６ａの下方を通り、エンジン本体８の後方へ取り廻すことが可能となり、排気関連部品を含めて、エンジン関連部品をコンパクトに配置することが可能となる。
前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。
ここに開示された技術は、パワーユニット、電力変換ユニット及びエンジン関連部品をコンパクトに配置した電動車両として有用である。
１ 車両
２ パワーユニットルーム
５ 駆動モータ
６ 減速機
７ 発電機
８ エンジン本体
９ 駆動ユニットハウジング
２０ モータシャフト
５０ ジェネレータシャフト
８０ 回転軸
１００ 電力変換ユニット
１０１ モータ用インバータ
１０２ 発電用インバータ
１０３ ＤＣＤＣコンバータ
１０６ エアクリーナ
１０６ａ 吸気ダクト
１０７ａ オイルフィルタ
１０７ｂ オイルクーラ
１０８ 排気管
Ｂ１ 高圧バッテリ
Ｂ２ 低圧バッテリ
Ｐ パワーユニット

Claims (2)

  1. 電力を利用して車両を駆動する駆動モータと、該駆動モータからの動力を減速して出力する減速機と、該駆動モータへ供給する電力を発生させる発電機及び該発電機を駆動するエンジン本体を備え、該減速機の出力を駆動輪に伝達するように構成された電動車両において、
    パワーユニットルームの車幅方向に、前記駆動モータ、前記減速機、前記発電機及び前記エンジン本体が、この順で、かつ、高さが略等しくなるように一体的に配置され、
    前記駆動モータ、前記減速機及び前記発電機の上方に、モータ用インバータ、発電用インバータ及びＤＣＤＣコンバータが一体的となった電力変換ユニットが配置され、
    前記エンジン本体の上方に、エンジン関連部品が配置され、
    前記エンジン本体の回転軸、前記発電機のジェネレータシャフトおよび前記駆動モータのモータシャフトが、車幅方向に延びて同一直線上に配置され、
    前記エンジン本体は、前方吸気型、かつ、前方排気型のロータリエンジンであり、
    前記エンジン関連部品は、前記エンジン本体の前方に配置される吸気関連部品と、前記エンジン本体の真上に配置される燃料及びオイル関連部品と、前記エンジン本体の後方に配置されるバッテリを含むことを特徴とする電動車両。
  2. 請求項１に記載の電動車両において、
    前記エンジン関連部品は、前記エンジン本体よりも車幅方向外側へはみ出すように配置され、
    排気関連部品が、前記エンジン本体の側方、かつ、前記エンジン関連部品の下方を通り、前記エンジン本体の後方へ取り廻されることを特徴とする電動車両。
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